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用于图像认证的自嵌入数字水印算法

作　者: 赵晓宁
导　师: 杨卫民
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 认证水印哈达玛变换 JPEG压缩小波变换
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着计算机网络技术的飞速发展,数字多媒体的出现极大丰富了人们获取信息的手段,也方便了信息的存取和传输。然而,多媒体信息在传输过程中会遭到各种有意或无意的篡改攻击。如何对多媒体信息内容的真实性和完整性进行认证,是迫切需要解决的问题,这已成为当今信息安全领域研究的热点问题之一。图像认证就是为解决上述问题而提出的一种技术,并在近几年得到了快速发展,其目的就是检测和鉴别图像内容的真实性和完整性,通过篡改定位和篡改恢复来提供篡改证据,有效保证了数字图像存储和传输的安全性。本文对图像认证技术做了一系列研究。论述了认证水印的研究背景及意义、用于图像认证的数字水印技术相关理论,分析了现有的各种脆弱水印和半脆弱水印算法,在此基础上提出了三种新的图像认证方案。针对目前脆弱水印算法大多无法区分水印被篡改还是内容被篡改的问题,提出了一种基于小波变换的可恢复双水印算法。原始图像的高6位进行小波变换,低频系数经量化和混沌置乱后生成恢复水印,将其嵌入到图像偏移子块的次低位。同时,嵌入恢复水印的图像块生成认证水印,将其嵌入到图像块本身的最低位。实验结果表明,该算法不仅能准确定位篡改图像内容的位置,而且能区分篡改的属于水印还是图像内容,并且能近视恢复被篡改的图像内容,恢复质量较好。为抗JPEG压缩,提出了一种基于哈达玛变换与抗JPEG压缩的半脆弱水印算法。该算法中,首先把图像分成8×8块,利用图像内容特征生成认证水印,并将通过混沌加密后的认证水印嵌入到每块哈达玛变换后的图像能量值中。最后通过比对提取出的水印信息与重新抽取出的图像内容特征,实现对待检测图像的完整性检测与篡改定位。实验结果表明,该算法不仅具有较好的篡改检测与定位能力,而且对JPEG压缩具有较好的抗攻击能力。基于哈达玛域内,提出一种图像自嵌入与自恢复算法。将图像分成8×8块,每块进行哈达玛变换后,把主要系数经过量化,编码和加密后嵌入到偏移子块的最低两位之中。根据大量图像的哈达玛变换系数的统计性质,设计了系数的编码表,使它较好地满足图像恢复时的质量要求。实验结果表明,算法不仅能篡改定位准确,而且可有效地恢复被篡改的区域。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-16
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 图像认证技术的研究现状  11-13
    1.2.1 空间域方法  11-12
    1.2.2 变换域方法  12-13
  1.3 本文的主要工作及章节安排  13-16
2 用于图像认证的数字水印相关理论  16-22
  2.1 认证水印的分类  16-17
  2.2 认证水印系统框架  17-18
  2.3 认证水印的设计要求及性能评估  18-20
    2.3.1 认证水印的设计要求  18-19
    2.3.2 认证水印的评价标准  19-20
  2.4 认证水印的典型算法  20-22
    2.4.1 脆弱水印算法  20-21
    2.4.2 半脆弱水印算法  21-22
3 小波变换的可恢复双水印算法  22-40
  3.1 引言  22
  3.2 小波变换基础理论  22-26
    3.2.1 小波变换简介  22-23
    3.2.2 图像的二维离散小波变换  23-25
    3.2.3 图像小波系数的频率分布  25-26
  3.3 混沌置乱和加密算法  26-30
    3.3.1 置乱算法的基本方法  26-27
    3.3.2 相邻像素差置乱度分析  27-29
    3.3.3 混沌加密算法  29-30
  3.4 算法设计方案及详细步骤  30-34
    3.4.1 水印的生成和嵌入  30-32
    3.4.2 篡改检测、定位和恢复  32-34
  3.5 性能分析与实验结果  34-38
    3.5.1 图像质量分析  34
    3.5.2 误警率和虚警率分析  34-35
    3.5.3 篡改区分  35-37
    3.5.4 篡改区域的恢复  37
    3.5.5 安全性分析  37-38
  3.6 本章小结  38-40
4 哈达玛变换和抗JPEG压缩的半脆弱水印  40-52
  4.1 引言  40
  4.2 哈达玛变换  40-43
    4.2.1 哈达玛变换简介  40-42
    4.2.2 哈达玛变换在数字水印中的相关定理  42
    4.2.3 哈达玛变换的抗JPEG压缩性  42-43
  4.3 算法设计方案及详细步骤  43-45
    4.3.1 认证水印的生成  43-44
    4.3.2 认证水印的嵌入  44
    4.3.3 图像认证  44-45
  4.4 性能分析和实验结果  45-51
    4.4.1 水印的不可见性测试  45-47
    4.4.2 抗JPEG压缩能力测试  47-50
    4.4.3 算法对恶意篡改的定位能力  50-51
  4.5 本章小结  51-52
5 哈达玛变换的自恢复脆弱水印算法  52-62
  5.1 引言  52
  5.2 哈达玛变换域系数的量化与编码  52-55
    5.2.1 HVS特性与哈达玛变换域系数量化表  52-53
    5.2.2 哈达玛变换域系数选择与编码位长  53-55
  5.3 算法设计方案及详细步骤  55-57
    5.3.1 自嵌入算法  55-56
    5.3.2 篡改检测及自恢复算法  56-57
  5.4 实验结果  57-59
    5.4.1 透明性实验  57-58
    5.4.2 自恢复实验  58-59
  5.5 本章小结  59-62
6 总结与展望  62-64
  6.1 全文工作总结  62-63
  6.2 后续工作展望  63-64
参考文献  64-70
附录攻读学位期间的主要学术成果  70-72
致谢  72

用于图像认证的自嵌入数字水印算法

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